KR20190108860A - 관절의 보조력 조절이 가능한 근력 보조 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 고관절 및 무릎관절에 보조력을 제공하는 복수의 구동부를 각각 구비하고, 복수의 구동부의 제어를 서브 프레임 유닛에서 통합적으로 제어함으로써 신속하고 용이하게 고관절 및 무릎관절에 제공되는 보조력를 제어할 수 있게 된다.

Description

관절의 보조력 조절이 가능한 근력 보조 장치{WEARABLE ROBOT FOR CONTROLLING ASSIST POWER TO JOINTS}

본 발명은 관절의 보조력 조절이 가능한 근력 보조 장치에 관한 것이다.

최근 로봇 관련 기술의 폭넓은 적용에 따라, 장애나 노화 등으로 근력이 저하되어 보행이 어려운 사람들을 위한 보행보조장치가 널리 사용되고 있다. 일반적으로 보행보조장치는 사용자가 탑승한 후 전동식으로 구동되는 탑승식 장치와, 사용자가 착용하고 보행 등의 재활 훈련을 하는 착용식 장치가 있다.

착용식(wearable type) 장치는 다관절의 골격 구조를 갖는 일종의 로봇으로, 사용자가 착용했을 때 사용자의 근력을 보조하는 역할을 한다. 착용식 장치는 모터 등의 구동장치로부터 발생되는 구동력을 사용자에게 제공함으로써 근력을 보조한다. 착용식 로봇의 일 예가 한국등록특허공보 제10-1693795호(등록일 2017.01.02)에 개시되어 있다.

도 1은 종래 착용식 로봇을 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 착용식 로봇은 사용자의 허리부분에 착용되는 착용부재(100)와, 상기 착용부재(100)에 회전 가능하게 연결된 대퇴부 지지부재(200)와, 상기 대퇴부 지지부재(200)의 하단부 측에 회전 가능하게 연결된 아랫다리 지지부재(300)와, 상기 아랫다리 지지부재(300)의 하단부에 회전 가능하게 연결된 발지지부재(400)를 포함한다.

이러한 착용식 로봇에서는 발지지부재(400)에 의해 사용자의 발이 지지되고 대퇴부 지지부재(200)와 아랫다리 지지부재(300)가 사용자의 양쪽 다리에 각각 착용되어 양쪽 다리를 지지한다.

상기 착용부재(100)는 사용자의 골반에 착용되는 골반착용부(110) 및 사용자의 등을 받치는 등받침부(120)로 구성되어, 보행중 발생하는 하중을 분산 지지하고 작은 힘으로 더 편안한 보행을 가능하게 합니다.

이러한 착용식 로봇에서는 대퇴부 지지부재(200)와 아랫다리 지지부재(300)에 각각 근력을 제공함으로써 사용자의 근력을 보조한다. 즉, 대퇴부 지지부재(200)와 아랫다리 지지부재(300)에 각각 구동부를 구비하고 각각의 구동부를 구동함으로써 근력을 제공한다.

대퇴부 지지부재(200)와 아랫다리 지지부재(300)에 구비된 구동부는 각각 독립적으로 제어하거나 별도의 컨트롤러에 의해 제어해야만 한다. 대퇴부 지지부재(200)의 구동부와 아랫다리 지지부재(300)의 구동부를 독립적으로 제어하는 경우, 각각의 구동부에 구동력을 설정해야만 하므로 신속한 제어가 불가능하게 된다.

별도의 컨트롤러에 의해 대퇴부 지지부재(200)의 구동부와 아랫다리 지지부재(300)의 구동부를 제어하기 위해서는 착용식 로봇과는 별도로 컨트롤러를 준비하여 이를 로봇에 연결하여 구동부를 제어해야 하지만, 컨트롤러를 별도로 보관해야만 하기 때문에 관리가 불편하고 심지어 컨트롤러를 분실하는 경우도 발생하게 된다.

별도의 컨트롤러를 구비하지 않고 착용식 로봇 자체에서 직접 보조력을 조절하는 경우에도 복수의 관절에 보조력을 인가하는 구동부를 일일이 작동해야만 하므로, 보조력의 조절이 불편하게 되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 고관절 및 무릎관절에 각각 별개의 보조력을 제공할 수 있는 근력 보조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 고관절 및 무릎관절에 제공되는 보조력을 신속하고 용이한 설정 및 제어가 가능한 있는 근력 보조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 고관절 및 무릎관절에 각각 구동부를 구비하여 각각의 관절에 보조력을 제공함으로써 사용자가 근력 보조 장치를 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 고관절 및 무릎관절에 보조력을 제공하는 복수의 구동부를 각각 구비하고, 복수의 구동부의 제어를 통합적으로 제어함으로써 신속하고 용이하게 고관절 및 무릎관절에 제공되는 보조력의 제어가 가능하다.

본 발명에서는 고관절 및 무릎관절의 보조력을 제공하는 제1모터 및 제2모터를 구비한다. 따라서, 고관절 및 무릎관절을 효율적으로 이동하게 함으로써 사용자가 근력 보조 장치를 효율적으로 사용할 있도록 한다.

또한, 본 발명에서는 서브 프레임 유닛에서 제1모터 및 제2모터를 통합적으로 제어하므로, 근력 보조 장치와는 별개로 구비되는 컨트롤러가 필요없게 되고 제1모터와 제2모터를 독립적으로 구동하지 않게 되므로, 신속하고 용이한 보조력의 제어가 가능하다.

도 1은 종래 착용식 로봇을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 메인 프레임 유닛과 서브 컨트롤 유닛 및 레그 유닛을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 서브 컨트롤 유닛의 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 서브 컨트롤 유닛의 평면도로서, 고관절에 보조력을 제공하는 것을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 레그 구동부의 분해사시도.
도 8은 본 발명에 따른 근력 보조 장치의 보조력 세기를 설정하는 방법을 나타내는 플로우챠트.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

도 2는 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)를 나타내는 사시도이고 도 3은 근력 보조 장치(1)의 측면도이다. 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)는 군사용 및 작업용과 같이 다양한 용도로 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 사용자가 하체에 착용하여 보행 등의 재활훈련을 사용되어 사용자의 하체근력을 보조한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)는 장치를 전체적으로 구동하고 제어하는 메인 컨트롤 유닛(2)과 서브 컨트롤 유닛(3), 사용자의 골반과 허리에 각각 장착되는 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5), 사용자의 다리에 장착되는 레그 유닛(6)과, 신발을 고정시키는 신발 고정 유닛(7)을 포함한다.

상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)은 사용자의 골반과 허리에 각각 장착된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)은 서로 연결된다.

상기 서브 프레임 유닛(5)에는 허리벨트(52)가 구비되어 사용자의 허리 전면에 밀착되어 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 허리에 장착되도록 한다. 상기 허리벨트(52)는 서브 프레임 유닛(5)의 일단부에 설치되고 서브 프레임 유닛(5)의 타단부에 고정되어 사용자의 허리를 고정시킬 수 있다. 상기 허리벨트(52)는 설정된 폭 및 두께로 형성되며, 유연하고 충격을 흡수할 수 있는 재질로 구성되어 사용자의 허리 전면에 밀착됨으로써, 서브 프레임 유닛(5)을 사용자의 허리에 완전히 고정시킨다.

상기 허리벨트(52)의 길이는 연장 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 허리벨트(52)가 설치되는 서브 프레임 유닛(5)이 단부에는 허리벨트(52)를 수납하는 공간을 형성하여 필요에 따라(예를 들어, 사용자의 체형에 따라) 허리벨트(52)를 인출할 수 있다. 또한, 상기 허리벨트(52)는 다양한 방법에 의해 서브 프레임 유닛(5)의 타단부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 허리벨트(52)는 벨크로(Velcro)에 의해 서브 프레임 유닛(5)에 고정될 수도 있고 고리에 의해 서브 프레임 유닛(5)에 고정될 수도 있지만, 이러한 구조에 한정되는 것이 아니라 다양한 방식에 의해 고정될 수 있다.

메인 프레임 유닛(4)의 하측에는 레그 유닛(6)이 배치된다. 상기 레그 유닛(6)은 한쌍으로 구비되어 사용자의 양쪽 다리에 각각 장착되며, 메인 프레임 유닛(4)과 결합된다.

레그 유닛(6)은 사용자의 허벅지에 장착되는 어퍼 레그 프레임(upper leg frame;6a)과, 어퍼 레그 프레임(6a) 상에 배치되어 보조력을 제공하는 레그 구동부(leg driving unit;6b)와, 사용자의 종아리에 장착되는 로어 레그 프레임(lower leg frame;6d)과, 사용자의 다리를 감싸는 다리벨트(6c)를 포함한다.

어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d), 레그 구동부(6b)는 사용자의 보행시 관절부위의 원활한 굽힘을 위해 사용자의 다리 측면에 배치된다. 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)에는 원터치 다이얼방식으로 길이가 조절되는 다리벨트(6c)가 각각 구비된다.

상기 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 다리벨트(6c)에 의해 사용자의 다리에 탈착 가능하게 결합된다. 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 레그 구동부(6b)를 기준으로 사용자의 무릎관절 운동방향에 대응하는 방향으로 회전된다.

어퍼 레그 프레임(6a)의 상부는 메인 프레임 유닛(4)과 고관절 구조로 결합되며, 상기 고관절 구조에 의해 바깥쪽으로 소정 각도 벌어질 수 있다. 또한, 어퍼 레그 프레임(6a) 및 로어 레그 프레임(6d)은 사용자의 다리 각도에 대응하여 안쪽 또는 바깥쪽으로 각도 조절이 가능한 다관절 구조를 가질 수 있다.

레그 구동부(6b)는 모터와 기어세트 등으로 구성되어, 사용자가 다리를 움직일 때 사용자의 다리근력을 보조하는 보조력을 발생시킨다. 상기 레그 구동부(6b)는 적절한 보조력을 발생시킬 수 있는 모터 및 기어 세트 이외에 다른 구성품으로 대체될 수 있다.

로어 레그 프레임(6d)의 하단에는 신발 고정 유닛(7)이 결합되어, 사용자가 신발을 신지 않은 상태뿐만 아니라 신발을 신은 상태에서도 사용자의 발을 지지할 수 있다. 상기 신발 고정 유닛(7)은 사용자의 발 또는 신발이 삽입되는 부분의 길이조절이 가능하다. 따라서 신발 고정 유닛(7)은 사용자의 발 또는 신발 사이즈에 상관없이 모든 사용자의 발 또는 신발을 고정시킬 수 있다.

상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 메인 프레임 유닛(4) 상에 구비되며, 사용자의 허리 후방에 위치하는데, 그 이유는 다음과 같다.

본 발명의 근력 보조 장치(1)는 군사용 및 작업용으로 사용될 수도 있지만, 주로 재활용이나 보행 보조용으로 사용된다. 따라서, 본 발명의 근력 보조 장치(1)는 주로 환자가 사용하며, 환자가 근력 보조 장치(1)를 사용하기 위해서는 보조자의 도움이 필요하다. 보조자는 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용하는 것을 도울 뿐만 아니라 근력 보조 장치(1)를 작동하고 제어하는 것을 돕는다.

상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 사용자의 허리 후방의 메인 프레임 유닛(4) 상에 구비되어 보조자가 메인 컨트롤 유닛(2)을 용이하게 조작하도록 한다. 즉, 보조자는 사용자(즉, 재활대상 환자)의 뒤에 위치하여 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용하는 것을 도우며, 사용자가 근력 보조 장치(1)의 착용을 완료하면 사용자의 뒤에서 상기 메인 컨트롤 유닛(2)을 조작함으로써 근력 보조 장치(1)가 구동하도록 한다.

상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 근력 보조 장치(1)를 구동하고 제어한다. 즉, 상기 메인 컨트롤 유닛(2)에는 재활프로그램이 저장되어 사용자에 따라 필요한 재활프로그램으로 근력 보조 장치(1)를 구동하여 사용자가 재활훈련을 진행하도록 한다. 또한, 메인 컨트롤 유닛(2)은 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)을 구동하여 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용하도록 한다. 즉, 상기 메인 컨트롤 유닛(2)은 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)의 폭을 조절하여 상기 메인 프레임 유닛(4)과 서브 프레임 유닛(5)이 사용자의 골반 및 허리에 장착되도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 메인 프레임 유닛(4)과 서브 컨트롤 유닛(3) 및 레그 유닛(6)을 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 레그 유닛(6)은 메인 프레임 유닛(4)과 고관절 구조로 결합되어 사용자의 허벅지에 장착되는 어퍼 레그 프레임(6a)과, 어퍼 레그 프레임(6a)과는 무릎관절 구조로 결합되어 사용자의 종아리에 장착되는 로어 레그 프레임(6d)과, 어퍼 레그 프레임(6a)과 로어 레그 프레임(6d)의 연결부위에 배치되어 무릎관절에 보조력을 제공하는 레그 구동부(6b)를 포함한다.

상기 서브 컨트롤 유닛(3)은 메인 프레임 유닛(4)과 레그 유닛(6)의 연결부에 배치되어 레그 유닛(6)의 고관절에 보조력을 제공하여 레그 유닛(6)이 고관절을 중심으로 상하방향과 전후방향으로 움직일 수 있도록 한다. 이때, 상기 서브 컨트롤 유닛(3)은 고관절에 제공되는 보조력의 세기를 조절한다.

상기 고관절의 보조력의 세기는 서브 컨트롤 유닛(3)을 통해 보조자 또는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이때, 상기 고관절 보조력 세기는 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용하기 직전에 설정될 수도 있고 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용한 직후 재활운동을 하기 전에 설정될 수도 있다. 또한, 상기 고관절 보조력 세기는 재활훈련중 사용자나 보조자가 재설정할 수도 있다.

고관절 보조력 세기의 설정은 환자의 재활상태, 즉 이전 재활훈련의 결과에 따라 설정되며, 이 경우 설정은 근력 보조 장치(1)를 착용하기 직전 또는 착용한 직후에 이루어진다. 그러나, 환자의 현재 하체 근력은 이전의 재활훈련의 결과에 의해 정확하게 예측되지 않을 수 있으며, 이 경우 설정된 보조력이 환자의 재활훈련에 적합하지 않을 수 없다. 이와 같이, 설정된 보조력이 환자의 재활훈련에 적합하지 않을 경우, 재활훈련중 환자의 근력에 기초하여 고관절 보조력의 세기를 재설정해야만 한다. 상기 서브 컨트롤 유닛(3)은 재활훈련중 환자의 근력 상태에 따라 고관절 보조력의 설정 세기를 조절함으로써 효율적인 재활훈련이 되도록 한다.

이를 위해, 상기 서브 컨트롤 유닛(3)에는 고관절 보조력의 세기를 조절하기 위한 조절부(32)가 배치된다. 상기 조절부(32)는 다이얼형식으로 구성되어 시계방향 및 반시계방향으로 회전함으로써 고관절 보조력의 세기를 조절할 수 있지만, 이러한 다이얼형식이 아니라 다양한 형식으로 구성될 수 있다.

상기 레그 구동부(6b)는 무릎관절에 보조력을 제공한다. 상기 무릎관절은 다관절 구조로 이루어지므로, 레그 구동부(6b)의 보조력에 의해 로어 레그 프레임(6d)이 어퍼 레그 프레임(6a)으로부터 전후방향 및 좌우방향으로 이동할 수 있게 된다. 상기 무릎관절의 보조력의 세기는 서브 컨트롤 유닛(3)을 통해 보조자 또는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이때, 상기 무릎관절 보조력 세기는 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용하기 직전에 설정될 수도 있고 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용한 직후 재활운동을 하기 전에 설정될 수도 있다. 또한, 상기 무릎관절 보조력 세기는 재활훈련중 사용자나 보조자가 재설정할 수 있다.

무릎관절 보조력 세기의 조절은 상기 서브 컨트롤 유닛(3)에 구비된 조절부(32)에 의해 이루어진다. 즉, 상기 무릎관절 보조력 세기 조절용 조절부(32)는 시계방향 및 반시계방향으로 회전함으로써 무릎관절 보조력 세기를 조절한다. 상기 조절부(32)는 고관절 보조력 설정모드와 무릎관절 보조력 설정모드를 구비하므로, 설정모드를 선택한 상태에서 상기 조절부(32)를 조절함으로써, 고관절 보조력 및 무릎관절 보조력을 조절할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 고관절 보조력과 무릎관절 보조력을 각각 독립적으로 설정할 수 있게 되므로, 고관절과 무릎관절과 같은 사용자의 신체 부위별 근력상태나 재활상태에 따라 적절한 보조력을 제공할수 있게 되어, 사용자의 재활훈련의 효과를 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 서브 컨트롤 유닛(3)에서 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기의 설정 및 조절을 통합적으로 실행함으로써, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

상기 고관절 보조력의 세기의 설정 및 조절은 서브 컨트롤 유닛(3)에서 직접 실행하고 무릎관절 보조력의 세기의 설정 및 조절은 레그 구동부(6b)에서 직접 실행할 수 있다. 이 경우, 사용자 또는 보조자가 서브 컨트롤 유닛(3) 및 레그 구동부(6b)에 각각 형성된 조절부를 조작해야만 한다. 따라서, 보조력의 세기의 설정 및 조절이 불편하고 시간이 많이 소모된다.

더욱이, 사용자가 직접 보조력의 세기를 조절하는 경우에는, 몸이 불편한 사용자가 무릎 근처의 레그 구동부(6b)의 조절부를 조절해야 하므로, 사용자가 직접 레그 구동부(6b)의 보조력의 세기를 조절하기가 실질적으로 불가능하였으며 심지어 사용자가 직접 레그 구동부(6b)의 보조력의 세기를 조절하다가 근력 보조 장치(1)를 착용한 상태에서 넘어지는 문제도 발생하게 된다.

그러나, 본 발명에서는 서브 컨트롤 유닛(3)의 조절부(32)를 통해 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기를 통합적으로 설정하고 조절하므로, 사용자 및 보조자가 편리하게 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기를 설정하고 조절할 수 있게 된다. 특히, 몸이 불편한 사용자가 고관절 부위에 배치된 서브 컨트롤 유닛(3)의 조절부(32)를 통해 무릎관절의 보조력의 세기를 조절할 수 있으므로, 레그 구동부(6b)의 보조력의 세기 조절이 가능하고 보조력 조절시 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용한 상태에서 넘어지는 문제를 방지할 수 있게 된다.

또한, 예를 들어 리모콘과 같은 별도의 컨트롤러를 구비하여 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기를 설정하고 조절할 수 있다. 그러나, 이 경우, 근력 보조 장치(1)에 컨트롤러를 수납하기 위한 별도의 공간이 필요하므로 근력 보조 장치(1)의 구조가 복잡해지고 비용이 증가하게 된다. 또한, 보조력의 세기를 설정하고 조절할 때마다 컨트롤러를 수납공간에서 꺼내고 다시 넣어야만 하므로, 보조력의 세기의 설정 및 조절이 불편하였다. 더욱이, 컨트롤러가 근력 보조 장치(1)와 무선으로 연결된 경우, 사용자 또는 보조자의 부주의로 인해 컨트롤러가 분실되는 문제도 있었다.

그러나, 본 발명에서는 서브 컨트롤 유닛(3)의 조절부(32)를 통해 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기를 통합적으로 설정하고 조절하므로, 별도의 수납공간도 필요없고 컨트롤러를 분실한 가능성도 없게 된다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)에서의 고관절 보조력과 무릎관절 보조력의 세기의 조절장치를 좀더 자세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 서브 컨트롤 유닛(3)의 분해사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 서브 컨트롤 유닛(3)은 커버(31)와, 상기 커버(31) 내부에 배치되어 구동력을 생성하여 고관절에 보조력을 제공하는 제1모터(33)와, 상기 커버(31) 외부에 배치되어 제1모터(33)의 구동력을 조절하는 조작용 조절부(32)와, 상기 제1모터(33)의 구동축에 연결되어 제1모터(33)의 구동력을 고관절에 전달하는 제1기어(34) 및 제2기어(36)로 구성된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제2기어(36)는 고관절의 다관절 구조와 결합되어 고관절에 구동력을 전달하여 고관절에 보조력이 생성되도록 한다. 이때, 상기 제1모터(33)는 고관절에 x-방향 및 y-방향의 보조력을 제공할 뿐만 아니라 회전방향으로의 보조력을 제공할 수 있다. 이러한 다른 방향의 보조력을 제공하기 위해, 상기 제1모터(33)가 각각 다른 방향으로의 보조력을 제공하는 복수의 모터 및 기어가 구성될 수도 있고, 복수의 기어를 더 구비하여 제1모터(33)와 고관절의 결합구조에 따라 제1모터(33)의 구동력을 각각 다른 방향으로의 운동력으로 변환할 수 있다. 또한, 모터가 아닌 다른 구동수단에 의해 고관절에 보조력을 제공할 수도 있다.

상기 조절부(32)는 제1모터(33)에 설정되는 구동강도를 설정하고 조절하며, 제1모터(33)는 설정된 구동강도에 따라 구동된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 조절부(32)에 의해 고관절에 제공될 보조력, 즉 제1모터(33)의 구동력을 설정한 후 근력 보조 장치(1)를 구동하면 제1모터(33)가 설정된 강도로 구동한다. 근력 보조 장치(1)의 구동에 의해, 제1모터(33)와 연결된 구동축(33a)이 시계방향으로 회전하면, 상기 제1모터(33)의 구동축(33a)과 결합된 제1기어(34)가 반시계방향으로 회전한다. 또한, 상기 제1기어(34)가 반시계방향으로 회전함에 따라, 상기 제1기어(34)와 결합된 제2기어(36)가 시계방향으로 회전한다.

상기 제2기어(36)는 레그 유닛(6)을 이동시키는 고관절구조와 결합되므로, 상기 제2기어(36)가 시계방향으로 회전함에 따라 레그 유닛(6)이 수평방향, 즉 근력 보조 장치(1)의 정면 방향으로 이동하여 상기 근력 보조 장치(1)가 앞으로 전진하게 된다.

이때, 상기 제1모터(33)는 스텝모터와 같이 정밀 구동이 가능한 모터로 구성되어, 정밀한 회전력이 제1기어(34) 및 제2기어(36)를 통해 고관절에 전달됨으로써 레그 유닛(6)의 이동을 조절할 수 있다.

또한, 상기 제1기어(34)와 제1모터(33)의 구동축의 결합비, 제1기어(34)와 제2모터(36)의 결합비를 조절함으로써, 제1모터(33)의 구동에 따른 레그 유닛(6)의 이동량을 조절할 수 있게 된다.

따라서, 단순히 기어의 결합비와 제1모터(33)와 기어의 결합비만을 조절함으로써, 동일한 구조 및 동일한 부품으로 레그 유닛(6)의 이동범위가 각각 다른 군사용 근력 보조 장치(1)나 작업용 근력 보조 장치(1)와 같은 다양한 용도의 근력 보조 장치를 제작할 수 있게 된다.

한편, 도면에서는 제1모터(33)의 구동력이 제1기어(34) 및 제2기어(36)와 같은 구동력 전달수단에 의해 고관절에 전달되지만, 본 발명이 이러한 특정 구조의 구동력 전달수단에 한정되는 것이 아니라 다양한 구조의 구동력 전달수단에 적용될 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 레그 구동부(6b)의 분해사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 레그 구동부(6b)는 커버(61)와, 상기 커버(61) 내부에 배치되어 보조력을 생성하는 제2모터(65)로 구성된다.

상기 제2모터(65)는 무릎관절에 보조력을 제공한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 도 5에 도시된 서브 컨트롤 유닛(3)과 마찬가지로, 레그 구동부(6b)에도 제2모터(65)와 결합되는 하나 또는 복수의 기어로 이루어진 구동력 전달수단이 구비되어 상기 제2모터(65)의 구동력이 무릎관절에 전달됨으로써, 무릎관절에 보조력을 제공한다. 이때, 구동력을 전달하는 기어는 도 5에 도시된 제1기어(34) 및 제2기어(36)와 동일한 구성으로 이루어질 수 있지만, 다른 구성으로 이루어질 수도 있다.

상기 제2모터(65)는 무릎관절에 x-방향 및 y-방향의 보조력을 제공할 뿐만 아니라 회전방향으로의 보조력을 제공할 수 있다. 이러한 다른 방향의 보조력을 제공하기 위해, 상기 제2모터(65)가 각각 다른 방향으로의 보조력을 제공하는 복수의 모터로 구성될 수도 있고, 제2모터(65)와 무릎관절의 결합구조를 조절하여 제2모터(65)의 구동력을 각각 다른 방향으로의 운동력으로 변환할 수 있다. 또한, 제2모터가 아닌 다른 구동수단에 의해 고관절에 보조력을 제공할 수도 있다.

상기 조절부(32)는 어퍼 레그 프레임(6a) 내부에 구비된 연결배선(도면표시하지 않음)에 의해 제2모터(65)와 연결된다. 상기 조절부(32)는 제2모터(65)에 설정되는 구동강도를 설정하고 제어하며, 제2모터(65)는 설정된 구동강도에 따라 구동된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 서브 컨트롤 유닛(3)에 제1모터(35)를 구비하고 레그 구동부(6b)에 제2모터(65)를 구비하여, 고관절과 무릎관절에 각각 대응하는 보조력을 제공함으로써 근력 보조 장치(1)를 구동한다. 이때, 제1모터(35) 및 제2모터(65)의 구동력 설정 및 제어는 서브 컨트롤 유닛(3)에 구비된 조절부(32)를 통해 이루어진다. 또한, 상기 제1모터(35) 및 제2모터(65)의 구동력 설정 및 제어가 레그 구동부(6b)에 구비된 조절부를 통해 이루어질 수도 잇다.

다시 말해서, 본 발명에서는 복수의 관절에 각각 모터와 같은 구동력 발생수단을 설치하여 해당 관절에 보조력을 제공하지만, 복수의 모터의 제어(예를 들면, 설정값 입력)를 하나의 장소에서 통합적으로 실행되므로 신속하고 편리한 제어가 가능하게 된다.

이하에서는 서브 컨트롤 유닛(3)(또는 레그 구동부(6b))의 조절부(32)에 의해 보조력을 설정하는 방법을 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 근력 보조 장치(1)의 보조력을 표시하고 설정값을 설정하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 사용자가 근력 보조 장치(1)를 착용한 후, 서브 컨트롤 유닛(3) 또는 레그 구동부(6b)에 구비된 조절부(32)를 조작하여 보조력 설정모드를 선택한다(S101,S102).

상기 설정모드는 고관절 보조력 설정모드 및 무릎관절 보조력 설정모드를 포함하며(S103,S104), 상기 설정모드의 선택은 조절부(32)를 통해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 조절부(32)는 누름선택이 가능한 다이얼형태로 구성되어, 조절부(32)를 누르면 설정모드가 선택되고 다이얼을 돌리면 설정값의 세기를 조절할 수 있다.

그러나, 본 발명이 설정모드선택이 이러한 구성에 한정되는 것이 아니라 다이얼형태의 조절부(32) 이외의 별도의 설정모드선택 스위치 또는 버튼을 구비하여 설정모드를 선택할 수도 있을 것이다.

고관절 보조력 설정모드는 조절부(32)를 제1조작함으로써 이루어진다(S105). 예를 들어, 고관절 보조력 설정모드는 다이얼형태의 조절부(32)를 설정된 시간(예를 들어, 2초) 이상으로 길게 누름으로써 이루어질 수 있다. 즉, 조절부(32)를 설정된 시간 이상으로 길게 눌러 고관절 보조력 설정모드를 선택한 상태에서, 상기 조절부(32)를 시계방향 또는 반시계방향으로 조작함으로써 고관절 보조력의 설정값을 조절할 수 있다(S106).

무릎관절 보조력 설정모드는 조절부(32)를 제2조작함으로써 이루어진다(S107). 예를 들어, 무릎관절 보조력 설정모드는 고관절 보조력 설정모드와 연결되어 진행되며, 고관절 보조력 설정모드상태에서 다이얼형태의 조절부(32)를 설정된 시간(예를 들어, 0.5초) 이하로 짧게 누름으로써 이루어질 수 있다. 즉, 고관절 보조력을 설정한 후, 조절부(32)를 설정된 시간 이하로 짧게 누르면 무릎관절 보조력 설정모드가 선택되며, 이 상태에서 조절부(32)를 시계방향 또는 반시계방향으로 조작함으로써 고관절 보조력의 설정값을 입력할 수 있다(S108).

또한, 무릎관절 보조력 설정모드는 고관절 보조력 설정모드상태에서 다이얼형태의 조절부(32)를 설정된 시간(예를 들어, 2초) 이상으로 길게 누름으로써 이루어질 수도 있다.

이러한 고관절 보조력 및 무릎관절 보조력의 설정은 주로 재활훈련전에 이루어지지만, 재활훈련 도중에 이루어질 수 있다. 사용자의 요청 또는 보조자의 판단에 따라 현재 제공되는 보조력이 너무 약하거나 세다고 판단되면, 재활운동을 잠시 정지한 후, 서브 컨트롤 유닛(3)의 조절부(32)를 통해 고관절 보조력 및 무릎관절 보조력을 재설정하면, 이전(재활훈련 직전)에 설정되었던 보조력의 설정이 제거되어 새로운 설정에 따른 보조력에 의해 고관절 및 무릎관절이 이동하게 된다. 이때, 필요에 따라 조절부(32)에 고관절 보조근력 설정모드와 무릎관절 보조근력 설정모드 중 하나를 선택함으로써, 고관절의 보조력 및 무릎관절의 보조력중 필요한 보조력만을 재설정할 수도 있다.

상술한 설명에서는 본 발명을 특정 구성으로 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구성에 한정되는 것이 아니라 다양한 구성으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상술한 설명에서는 서브 컨트롤 유닛(3)이 메인 프레임 유닛(4)과 레그 유닛(6)의 연결부에 배치되지만, 상기 서브 컨트롤 유닛(3)이 레그 구동부(6b)에 배치될 수도 있다. 또한, 상술한 설명에서는 고관절 보조근력 및 보조관절 보조근력의 생성 및 전달하는 구조가 특정한 구조로 구성되지만, 이러한 구성에만 한정되는 것이 아니라 현재 알려진 다양한 구동력 생성수단 및 전달수단으로 구성될 수 있을 것이다. 그리고, 상술한 설명에서는 보조력의 설정모드선택 및 보조력 세기의 설정이 특정 구조의 조절부(32)에 의해 이루어지지만, 이러한 특정 구조의 조절부(32)가 아니라 다양한 구조의 조절수단에 의해 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 상세한 설명에 의해 결정되는 것이 아니라 첨부한 특허청구범위에 의해 결정될 것이다.

이상에서 설명한 본 출원은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 출원의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 출원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 출원의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 출원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 근력 보조 장치 2 : 메인 컨트롤 유닛
3 : 서브 컨트롤 유닛 4 : 메인 프레임 유닛
5 : 서브 프레임 유닛 32 :조절부
35,65 : 모터

Claims (9)

1. 사용자의 골반 및 허리에 각각 장착되는 메인 프레임 유닛 및 서브 프레임 유닛;
   고관절 및 무릎관절 구조로 이루어져 사용자의 다리에 장착되는 레그 유닛;
   상기 레그 유닛의 고관절 및 무릎관절에 각각 보조력을 제공하는 제1구동부재 및 제2구동부재; 및
   상기 제1구동부재 및 제2구동부재의 구동력을 통합적으로 제어하는 조절부로 구성된 근력 보조 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1구동부재가 구비되어 고관절을 구동하는 서브 컨트롤 유닛; 및
   상기 제2구동부재가 구비되어 무릎관절을 구동하는 레그 구동부를 더 포함하는 근력 보조 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 조절부는 서브 컨트롤 유닛에 배치된 근력 보조 장치.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 조절부는 레그 구동부에 배치된 근력 보조 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 서브 컨트롤 유닛에 구비되어 상기 제1구동부재의 구동력을 고관절에 전달하는 적어도 하나의 제1기어를 포함하는 근력 보조 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 레그 구동부에 구비되어 상기 제2구동부재의 구동력을 무릎관절에 전달하는 적어도 하나의 제2기어를 포함하는 근력 보조 장치.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제1구동부 및 제2구동부는 모터인 근력 보조 장치.
   
8. 제1항에 있어서, 상기 조절부를 제1조작하여 고관절의 보조력을 조절하는 근력 보조 장치.
   
9. 제1항에 있어서, 상기 조절부를 제2조작하여 무릎관절의 보조력을 조절하는근력 보조 장치.

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